蚯蚓污泥处理方法

2017-03-15 08:53:37 5

  1 引言

  活性污泥中的有机成分主要是由栖息在活性污泥上的微生物群体及被微生物吸附的有机物组成,微生物则主要由细菌、真菌、原生动物和后生动物构成.活性污泥中的微生物以异养好氧细菌为主,增殖速率较高,具有较强的分解有机物并将其转化为无机物的功能.但污泥脱水后微生物生存环境发生了变化,外源营养物质中断,微生物处于内源呼吸状态,代谢产物扩散难度大,微生物种群及数量变化较大,导致污泥稳定性差,在供氧不足时,极易腐化发臭,对环境产生二次污染.如何保持脱水污泥好养状态,加快微生物代谢速率,是污泥处理处置关注的重点之一.

  蚯蚓在自然界物质循环过程中的重要作用已广为人知,其能把不溶性有机物转化为微生物可利用的有机物,增加微生物活性和基质利用程度.研究表明,蚯蚓与微生物的协同作用可加速有机物的分解.根据蚯蚓的生活习性和生态位,结合污水处理工艺和污泥特点,将蚯蚓引入污水处理工程领域,目前已成为相关研究的热点之一.研究发现,蚯蚓参与污泥处理过程,会显著影响污泥理化性质,对稳定处理系统、加快污泥降解具有促进作用.虽然微生物是污泥降解的关键者,但蚯蚓将直接或间接地改变微生物的活动,最终影响系统的处理效果,因此,探索接种蚯蚓后污泥微生物相的变化具有重要意义.基于以上考虑,本文主要研究蚯蚓对污泥微生物量及其活性的影响,旨在为探索该过程中微生物作用的机理和提高蚯蚓处理污泥的效率提供理论依据.

  2 材料与方法

   2.1 实验材料

  实验所用赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)为实验室培养.污泥为取自兰州市七里河污水处理厂的脱水污泥,将此污泥制成5 mm粒径的颗粒污泥,作为实验用污泥.污泥含水率为80.62%±0.01%,pH=6.77±0.01,电导率(EC)为(573.00±8.49)μS · cm-1,有机质(OM)为71.2%±7.7%,溶解性有机碳(DOC)为(16.69±0.16)mg · g-1,总氮(TN)为(51.7±1.6)mg · g-1,C/N为6.20±0.03,微生物碳量(MBC)为(105.60±1.66)mg · g-1,脱氢酶活性(DHA)为(314.60±18.40)mg · g-1 · h-1(以TPF计).

  实验用6个反应器,尺寸为φ36 cm×12 cm,每个反应器中加4 kg颗粒污泥.3个对照组不添加蚯蚓,3个蚯蚓处理组中各放100条蚯蚓,每条重约1.0 g.反应器上覆盖塑料膜保湿,深色覆盖物遮光,每个反应器每天人工翻动1次.实验环境温度为(25±1)℃.实验共进行60 d,每10 d取样进行测定.一部分鲜样直接用来测定OM,MBC和DHA,另取一部分阴干,研磨,过100目筛,测其它理化指标.

  2.2 测定方法

  pH、EC按照水土比50 ∶ 1(mL/g)溶解,磁力搅拌0.5 h,离心取上清液用pH酸度计、电导率仪测定;OM采用灼烧法(550 ℃,5 h)测定;DOC采用硫酸-重铬酸钾容量法(鲁如坤,2000)测定;MBC测定时参考熏蒸提取-容量分析法,并加以改进,在熏蒸处理前将污泥制成均一的细小颗粒;DHA参考TTC还原法进行测定.

  2.3 数据处理

  数据分析采用SPSS 17.0统计软件,通过T检验分析不同处理间的差异性,并进行指标间的相关性分析,显著性定义为p<0.05.

  3 结果与讨论

   3.1 理化性质的变化

  在整个实验过程中,蚯蚓处理组与对照组的pH、EC、OM、DOC随时间的变化如图 1所示.实验前20 d,蚯蚓处理组与对照组的pH、EC、OM均无显著差异(p>0.05),20 d后呈显著差异(p<0.05).由图 1a可看出,pH稳定在7左右,蚯蚓处理组比对照组pH变化范围小,表明蚯蚓处理组污泥平抑有机酸与氨化作用的能力较强.基质代谢产物的积累会影响反应体系的pH,pH的变化又会对微生物生长繁殖和酶活性产生显著影响.反应体系pH变化幅度越小,表明代谢产物的不良积累越少,越有利于微生物分解代谢能力及其酶活性的高效发挥.脱水污泥好氧消化过程通常只发生在污泥表面水膜层的微环境中,因此,将实验污泥造粒(约5 mm)来增加污泥表面水膜层的面积,通过每日翻混保证反应体系中氧的供给,使降解过程更近似于活性污泥法的延续,因此,代谢产物积累速率缓慢,这可能是20 d后pH才发生变化的原因.图 1b中蚯蚓处理组较对照组的EC高,说明蚯蚓的参与能提高污泥矿化速率.图 1c表明,蚯蚓可加快OM的降解,蚯蚓与微生物协同作用效果优于微生物单独作用.由图 1d可看出,前20 d蚯蚓处理组DOC小于对照组且呈显著差异(p<0.05),40~60 d蚯蚓处理组DOC大于对照组且呈显著差异(p<0.05).由于DOC表征微生物易利用的有机碳,其含量与微生物量及活性有密切关系(卫东等,2011).前期蚯蚓处理组DOC低可能是因为蚯蚓的刺激作用促进了微生物量的增长,从而加快了对DOC的利用.而后期蚯蚓处理组DOC较高可能源自蚯蚓摄食对微生物量的限制,减小了对DOC的利用.

  图 1 pH、EC、OM、DOC随时间的变化(*表示在给定时间蚯蚓处理组和对照组之间有显著差异(p<0.05),下同)

  3.2 蚯蚓对MBC和DHA的影响

  MBC是反映微生物量大小的重要指标.图 2a中蚯蚓处理组和对照组MBC均呈大致相同的减小趋势,前10 d变化剧烈,10 d后相对平缓.MBC持续降低表明微生物数量在不断减少,这是因为一方面,活性污泥经沉淀脱水后,微生物处于内源呼吸期;另一方面,在脱水污泥颗粒表面附着的水膜中,有机物的降解依然在继续,但营养物质持续减少,两种因素均限制了微生物数量的增长,造成MBC不断降低.

  图 2a显示,前30 d蚯蚓处理组MBC显著高于对照组(p<0.05),之后又显著低于对照组(p<0.05),稳定在4.45~6.49 mg · g-1之间.这可能是因为前期蚯蚓黏液及排泄物对微生物的刺激作用促进了微生物的增长(Aira et al., 2007);而后期随着营养物质的不断减少,蚯蚓取食微生物的作用导致蚯蚓处理组MBC显著低于对照组.

  脱氢酶是一种胞内酶,参与有机物的氧化磷酸化,其活性大小能表征活性微生物对基质降解能力的强弱,可反映所有微生物的活性.由图 2b可看出,蚯蚓处理组与对照组DHA呈相同的减小趋势,前20 d下降明显,20 d后趋于平缓,40 d后基本稳定在较低水平,这表明污泥降解速率先快后慢(Fernández-Gómez et al., 2010b); 而DHA稳定在较低水平说明污泥中大部分有机物已被降解.前30 d蚯蚓处理组比对照组DHA高,但无显著性差异(p>0.05),40 d后蚯蚓处理组DHA显著低于对照组(p<0.05),稳定在2.98~6.40 mg · g-1 · h-1(以TPF计)之间.前期蚯蚓刺激作用提高了微生物量,加速了OM的降解,导致后期OM含量较低,又由于DHA和OM 存在显著正相关性(p<0.01)(表 1),使得后期DHA处于较低水平,最终产物更加稳定.此外,也有研究认为DHA较低是由于蚯蚓对微生物的摄食作用造成的.具体参见 污水处理技术资料或污水技术资料更多相关技术文档

图 2 MBC和DHA随时间的变化

  表 1 对照组和蚯蚓处理组MBC、DHA、pH、EC、OM、DOC相关矩阵

  

  3.3 MBC、DHA、pH、EC、OM、DOC的相关关系

  从表 1可以看出,蚯蚓处理组和对照组中MBC、DHA与OM呈显著正相关,但与pH与EC之间无显著相关性,表明污泥OM是MBC和DHA的主要限制因素.由蚯蚓处理组和对照组MBC、DHA及OM的变化曲线(图 1c、图 2)推测,微生物对污泥OM的降解起主要作用,蚯蚓则加快了降解的进程,这与Sen等(2009)利用蚯蚓处理制糖工业废弃物的研究结果一致.DOC与MBC、DHA之间无相关关系,可能与基质性质不同有关(Fernández-Gómez et al., 2010b).蚯蚓处理组与对照组中MBC和DHA 均呈显著正相关,表明污泥微生物量与其活性存在密切关系.

  4 结论

  脱水污泥的降解速率呈先快后慢的变化趋势,接种蚯蚓可减小体系pH的变化幅度,加速有机物的矿化.相比对照组,蚯蚓处理污泥后,MBC和DHA显著降低.蚯蚓显著提高了处理系统前期MBC,加速OM的降解,从而导致后期MBC与DHA较低,处理产物更加稳定.

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